劉新月 郭豪 常曉彤（河北北方學院臨床檢驗診斷學重點實驗室，張家口 075000）

肥胖和2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）是目前全球普遍流行的代謝性疾病，其中，胰島素抵抗是二者發(fā)生、發(fā)展的關鍵因素［1］。胰島素抵抗即機體產生的正常劑量的胰島素難以發(fā)揮作用，從而導致胰島素維持血糖平衡的作用下降。低度炎癥與胰島素抵抗密切相關，而模式識別受體Toll樣受體2（Toll-like receptor 2，TLR2）參與了炎癥反應的發(fā)生與進展。腸道菌群受飲食等環(huán)境影響，其組成的改變可能是肥胖和T2DM中的炎癥驅動者。本文將綜述TLR2與腸道菌群對胰島素抵抗的影響，并探討其相關性。

1 TLR2與胰島素抵抗

胰島素是由胰島β細胞分泌，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)的一種重要激素。在肌肉組織中，當機體血糖升高時，胰島素與其特定受體結合，胰島素受體底物-1（insulin receptor substrate-1，IRS-1）發(fā)生酪氨酸磷酸化，繼而結合并激活磷脂酰肌醇3-激酶（phosphati?dylinositol3 kinase，PI3K），促進磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2）轉化為磷脂酰肌醇（3，4，5）-三磷酸（phosphatidyl inositol-3，4，5-triphosphate，PIP3），并招募3-磷脂酰肌醇依賴性激酶-1（phosphatidylinositol-dependent kinase-1，PDK-1），PI3K的活化與PDK-1可共同導致其下游靶點蛋白激酶B（protein kinase，Akt）的磷酸化，啟動PI3K/Akt信號通路，發(fā)揮降低血糖作用［2］。此途徑在肝臟組織中，胰島素的降糖作用由IRS-2介導［1］。同時，胰島素也是調節(jié)細胞生長、能量利用、線粒體功能、自噬、氧化應激、突觸可塑性和認知功能的重要生長因子［3］。其促生長的作用由絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）介導。

Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）作為一種廣泛表達的模式識別受體，能夠識別并結合病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）和損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs），被激活后可誘導多種促炎因子和抗病毒因子表達，促進炎癥應答［4］。TLRs為膜結合受體家族，存在于人類體內的有10種，即TLR1~TLR10，主要表達于樹突狀細胞、單核細胞和巨噬細胞等免疫細胞，也可表達于腸道等多種組織的上皮細胞和內皮細胞［5］。TLRs在代謝綜合征的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用［6］。其中，TLR2被認為是胰島素抵抗和代謝綜合征的核心之一［6-7］。激活的TLR2活化下游信號通路的途徑有兩條：即髓系分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依賴途徑和MyD88非依賴途徑。MyD88依賴途徑是除TLR3以外 所有TLRs信 號轉 導的 共 用 途 徑［8］。TLR2與相應配體結合后，通過MyD88依賴途徑招募IL-1R相 關 激 酶-4（IL-1R-associated kinase-4，IRAK4）、IRAK1和IRAK2，后兩者結合TNFR相關因子6（TNF receptor associated factor 6，TRAF6），TRAF6隨后與轉化生長因子β活化激酶-1（trans?forming growth factor-βactivated kinase 1，TAK1）結合，激活IKK、MAPKs，導致NF-κB信號通路的活化，并促進p38和C-Jun NH3末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）磷酸化，釋放促炎因子，進而直接導致IRS-1絲氨酸磷酸化，抑制下游胰島素信號傳導，啟動下游炎癥級聯反應，誘發(fā)胰島素抵抗（TLR2信號通路及其與胰島素抵抗的關系如圖1所示）［9］。另外，在一定條件下，TLR2還可協助TLR4與脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）結合，引發(fā)一系列炎癥反應，導致胰島素抵抗發(fā)生。

圖1 TLR2信號通路與胰島素抵抗的關系Fig.1 Relationship between TLR2 signaling pathway and insulin resistance

研究表明，T2DM小鼠骨骼肌細胞TLR2的表達明顯高于正常小鼠［10］；敲除TLR2基因可增加葡萄糖耐量和對胰島素的敏感性，減輕胰島素抵抗［11］?？梢姡琓LR2信號通路活化導致機體處于低度炎癥狀態(tài)，進而影響正常胰島素信號傳導，可能是機體胰島素抵抗的重要因素。

2 腸道菌群紊亂與胰島素抵抗

健康成人體內的腸道菌群主要包括厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、梭桿菌門（Fusobacteria）、少數疣微菌門（Verrucomicrobia）、藍藻菌門（Cyanobacteria）、螺旋體門（Spirochaeates）、VadinBE97菌門9個門和古生菌（Archaea）-史氏甲烷短桿菌，其中以厚壁菌門（G+）和擬桿菌門（G-）占比最大，約為90%。正常腸道菌群為維持人體健康所必需，但在某些異?；虿±砬闆r下，腸道菌群與人體這種共存關系遭到破壞，出現菌群失調，菌群失調會引起腸道通透性增加，促進炎癥發(fā)生，進而導致胰島素抵抗。既往研究表明，肥胖受試者的腸道菌群豐度降低，表現出更為明顯的代謝紊亂和低度炎癥［12-14］。腸道菌群的平衡可有效保護腸道，降低炎癥與胰島素抵抗發(fā)生的風險。腸道菌群失調導致胰島素抵抗的發(fā)生目前有以下幾個機制。

2.1 腸道菌群紊亂導致LPS升高促進胰島素抵抗的發(fā)生LPS是革蘭氏陰性菌表面細胞壁成分，是一種內毒素，可能與胰島素抵抗的發(fā)生有關。有研究表明，以正常飲食喂養(yǎng)的小鼠持續(xù)皮下注射LPS 4周后，小鼠出現胰島素抵抗［15］。腸道菌群中的擬桿菌能夠改善腸道屏障功能，并降低血清中LPS濃度。當腸道菌群發(fā)生改變，如革蘭陰性細菌擬桿菌裂解時，厚壁菌門與擬桿菌門比例升高，LPS被釋放，出現血LPS明顯升高，可引發(fā)強烈的免疫應答，產生炎癥因子，以保護機體免受外來微生物感染。LPS作為TLR4的重要配體，可特異性激活TLR4。LPS與LPS結合蛋白（LPS-binding proteins，LBP）結合后，可進一步與CD14結合形成復合體，隨后該復合體與TLR4/MD-2受體復合體結合，激活TLR4，繼而激活MyD88依賴途徑，啟動NF-κB炎癥信號通路，誘導產生炎癥因子，抑制胰島素信號通路，導致胰島素抵抗的發(fā)生。

LPS除了可通過血液中單核巨噬細胞表面的TLR4激活全身炎癥反應通路外，還可參與募集NOD樣受體蛋白（NOD-like receptor proteins，NLRPs）、凋亡相關的斑點樣蛋白（apoptosis associated specklike protein，ASC）和門冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-1（aspartic acid-specific cysteine protease-1，cas?pase-1）等炎癥小體［16］。炎癥小體是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在機體的免疫防御和疾病的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。炎癥小體的活化主要有兩條途徑：①通過與TLRs相互作用共同誘導NF-κB表達，進而促進促炎細胞因子IL-1β和IL-18的產生［17-18］；②炎癥小體（如NLRP3）能夠對多種PAMPs和DAMPs發(fā)揮作用，識別多種細菌和組織損傷信號，激活并促進caspase-1依賴性炎癥細胞因子IL-1β和IL-18產生［19］。炎癥小體活化增加了炎癥因子的數量，在一定程度上加速了胰島素抵抗的發(fā)生。

2.2 高脂飲食誘發(fā)腸道菌群紊亂促進胰島素抵抗的發(fā)生大量研究證實，高脂飲食（high fat diet，HFD）是導致胰島素抵抗發(fā)生的重要因素之一，其中一個重要機制是導致系統(tǒng)LPS升高。研究表明，與低脂飲食喂養(yǎng)的小鼠相比，HFD喂養(yǎng)顯著增加了LPS、IL-6、TNF-α和瘦素水平；同時，在門的水平上，HFD顯著增加了變形菌門的相對豐度，降低了擬桿菌門的相對豐度，增加了硬壁菌和擬桿菌（F/B）比例，造成腸道菌群失調，從某種程度上導致了血清中LPS升高［20］。血清中LPS濃度過高容易導致機體發(fā)生代謝性內毒素血癥，而腸道內的雙歧桿菌可逆轉代謝性內毒素血癥，改善小鼠腸道完整性和相關代謝變化，長期高脂飲食則可能使雙歧桿菌減少［15，20-21］；同時，長期高脂飲食會導致腸道緊密連接相關蛋白claudin-1和閉合蛋白表達降低，破壞相關蛋白與腸道上皮細胞間構成的腸道屏障，腸黏膜的通透性增加，促進LPS滲出，為LPS釋放入血提供條件；另外，LPS作為導致胰島素抵抗的炎癥因子，還可能通過浸潤乳糜微?；蛲ㄟ^內皮細胞間連接的旁細胞通路運輸進入血液循環(huán)，而高脂飲食可促進腸上皮細胞合成更多乳糜微粒，從而加速LPS吸收入血［22-23］。

高脂飲食導致胰島素抵抗發(fā)生的另一個重要因子是瘦素抵抗。瘦素抵抗的原因可能有：瘦素中樞轉運異常、內質網應激、受體信號傳導發(fā)生障礙以及當血清瘦素水平增加時，機體可能出現高瘦素血癥致其受體敏感性降低，引起瘦素抵抗。瘦素是一種由脂肪細胞分泌并釋放入血的激素，其通過多種調節(jié)機制達到抑制食欲、控制脂肪生成和維持體重的作用。瘦素的作用機制主要有：①直接激活骨骼肌和肝臟組織中的5'-AMP-活化蛋白激酶（5'-AMP-activated protein kinase，AMPK）啟動AMPK信號傳導通路，促進脂肪酸氧化；②瘦素與其受體LRb結合為二聚體，通過激活JAK-STAT信號轉導途徑達到抑制食欲，減少能量攝取的作用；③通過直接作用于中樞神經系統(tǒng)發(fā)揮增加能量消耗、抑制脂肪生成、減輕體重的作用。高脂飲食致血清瘦素水平升高與腸道菌群失調有關。高脂飲食喂養(yǎng)的代謝綜合征模型小鼠發(fā)生腸道菌群失調，出現厚壁菌門/擬桿菌門比例升高，同時加速脂肪細胞合成瘦素，瘦素信號傳遞減弱，小鼠出現肥胖以及瘦素抵抗［22，24］。一項針對無菌（germ-free，GF）小鼠的研究證實，腸道菌群缺失會導致瘦素表達和體質量增加，提示菌群紊亂會增加瘦素抵抗的風險［12］。

2.3 腸道菌群紊亂影響短鏈脂肪酸的代謝水平促進胰島素抵抗的發(fā)生腸道是人體重要的消化器官，主要由小腸和大腸組成，由于小腸缺乏某些代謝酶導致人體內存在的許多碳水化合物和植物纖維不能被小腸消化，如多種膳食纖維、果膠、抗性淀粉以及不可消化的糖等，而大腸中的腸道菌群可對其進行發(fā)酵，產生發(fā)酵終產物短鏈脂肪酸（shortchain fatty acids，SCFAs）。腸道中較高濃度的SCFAs主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，其中乙酸鹽占比最大。乙酸鹽具有抗脂溶性作用，可減少脂質溢出到外周胰島素敏感組織（如骨骼肌），這可能對改善胰島素敏感性、維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)并降低下丘腦炎癥具有重要作用［25］。丁酸鹽能夠刺激人腸上皮細胞TGF-β表達，進而激活抗炎調節(jié)性T細胞介導宿主免疫應答［26-27］。此外，SCFAs水平及丙酸鹽和乙酸鹽與胰島素抵抗呈負相關［26，28］。SCFAs是腸道上皮細胞的主要能量來源，通過刺激腸道上皮細胞增殖及緊密連接蛋白的表達維持腸道屏障功能，有效阻止促炎因子LPS等進入血流，有助于減少全身炎癥，逆轉胰島素抵抗。在T2DM中，患者出現SCFAs細菌數量下降，雙歧桿菌數量下降，厚壁菌門/擬桿菌門升高，腸道通透性增加，血清LPS升高，機體出現內毒素血癥、菌血癥及低度慢性炎癥等一系列癥狀［29-31］。對T2DM大鼠給予桑黃多糖提取物（phelli?nus linteus polysaccharide extract，PLPE）治 療 后，SCFAs產生菌的豐度增加，使SCFAs水平提高，改善胰島素抵抗［32］；在飲食誘導肥胖小鼠中，補充SCFAs可改善胰島素抵抗和肥胖［26，33］。因此，HFD時腸道菌群的紊亂影響了腸道內SCFAs等微生物代謝物的水平，繼而影響糖脂代謝和能量代謝，促進脂肪堆積，刺激機體產生肥胖，誘發(fā)慢性炎癥與胰島素抵抗［32，34］。

3 TLR2、腸道菌群和胰島素抵抗

慢性低度炎癥與肥胖和T2DM患者糖代謝信號紊亂密切相關，代謝綜合征患者外周循環(huán)系統(tǒng)中促炎細胞因子水平顯著升高。前已述及，TLR2通過MyD88信號通路可誘導IL-1、IL-6和TNF-α等促炎細胞因子產生，參與胰島素抵抗相關疾病，如肥胖和T2DM發(fā)展［35］。因此，TLR2表達和功能的改變及其細胞內信號通路的變化均可能影響胰島素抵抗的發(fā)生和發(fā)展，而TLR2信號的活化依賴于TLR2和配體DAMPs或PAMPs的相互作用。

TLR2能識別內源性配體DAMPs，如透明質酸、β-抵抗素3、熱休克蛋白、高遷移族蛋白B1等，其中有些是因為T2DM而被釋放的［36］；并且證實炎癥是T2DM時胰島B細胞損傷的主要原因［37］。因此TLR2和配體相互作用的炎癥效果可能是T2DM進展的主要因素之一。有研究發(fā)現，T2DM患者TLR2基因表達上調，TLR2/MyD88/NF-κB信號通路的啟動可加重機體炎癥及胰島素抵抗進程［38］。

腸上皮細胞是抵抗腸道微生物的第一道防線，擁有工作正常的免疫系統(tǒng)的完整腸壁是避免入侵所必須，而腸道微生物群與TLR在腸道的區(qū)域性表達有關。基于16srRNA基因的末端限制性片段長度多態(tài)性和克隆文庫分析顯示，與近端結腸和糞便相比，位于遠端結腸的黏膜相關微生物群落的群落結構和多態(tài)性有顯著差異，近端結腸與糞便聚類相似；對于SPF小鼠，結腸的近端與遠端軸上TLR2和TLR4也有差異性表達，即TLR2在近端結腸中表達更高，向遠端呈梯度下降，而TLR4在遠端結腸中表達最高，向近端呈梯度下降；但在GF小鼠中未發(fā)現這種差異。因此，腸道微生物群對維持TLR的區(qū)域表達至關重要［39］。有研究表明，在正常情況下，腸道菌群能夠通過TLR2、MyD88和PI3K途徑激活腸道內產生IL-10的B細胞，這些B細胞能夠減少結腸T細胞的活化，抑制攻擊性免疫反應并維持黏膜內穩(wěn)態(tài)，維持人體健康［40］。

腸道微生物群與宿主的相互作用是通過模式識別受體介導的，微生物群可直接與TLR相互作用并調節(jié)腸道免疫反應［41-42］。對小鼠使用廣譜抗生素新霉素和桿菌肽可減少腸道中革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，只留下少量未知菌，結果顯示腸道菌群的減少可引起輕微炎癥及回腸和結腸TLRs表達模式的顯著變化，即顯著增加TLR4表達，降低TLR2在回腸和結腸的表達，表明宿主-腸道微生物的相互作用發(fā)生改變［41］。

表達于天然免疫細胞和上皮細胞的TLR2能夠檢測PAMPs，腸道菌群是TLR2 PAMPs配體的重要來源之一。有研究表明，腸道菌群組成的變化增加了TLR配體輸送到肝臟的數量，刺激肝細胞產生促炎細胞因子，故腸道菌群的組成變化是肝臟TLR信號激活的潛在觸發(fā)因素［43］。TLR2可感知革蘭氏陽性菌的細胞壁成分，如肽聚糖和脂磷壁酸；厚壁菌門是一種革蘭氏陽性菌，也是腸道菌群的主要組成部分，在食用HFD的小鼠中，厚壁菌水平升高，表明TLR配體在肥胖小鼠的腸道菌群中極其豐富，TLR2表達也會相應增加［43］。

值得一提的是，本文重點闡述了腸道菌群及TLR2與T2DM的關系，T2DM表現為胰島素相對不足，肥胖是導致T2DM的重要原因之一。糖尿病的另一個主要類型是1型糖尿?。═1DM），其是一種自身免疫性疾病，表現為胰島素絕對不足，主要特征為T細胞介導的胰島β細胞破壞，由遺傳和環(huán)境因素共同引起［44］。腸道菌群紊亂是導致近年T1DM迅速攀升的重要因素之一，而環(huán)境因素對腸道菌群組成的影響遠高于遺傳因素［45］。腸道菌群紊亂時，腸道通透性增加，腸道毒素、食物抗原、感染因子可能從胃腸腔轉移到腸道黏膜成分，最終轉移到胰腺淋巴結，誘導胰島β細胞凋亡，影響T1DM發(fā)展［46-47］。在T1DM動物模型中發(fā)現TLR2基因缺失對抵抗T1DM和胰島炎有顯著作用，TLR2通路的活化可加速T1DM進程［48］。

基于以上研究，在正常情況下，TLR2與腸道菌群相互作用共同維持宿主健康。但在菌群紊亂狀態(tài)下，腸道菌群及其產生的代謝物活化TLR2，使TLR2表達發(fā)生變化，二者間的相互作用模式也發(fā)生改變，啟動炎癥應答，從而驅動肥胖和T2DM胰島素抵抗的發(fā)生和發(fā)展；同時，肥胖和T2DM產生的DAMPs可進一步活化TLR2信號，加速疾病進程。

4 小結

炎癥是糖代謝障礙的一個主要影響因素，而炎癥應答的驅動者是紊亂的腸道菌群，其通過TLR2啟動并促進炎癥反應和胰島素抵抗。然而，目前尚存在矛盾的結果，如GUADAGNINI等［49］研究發(fā)現，TLR2基因敲除小鼠厚壁菌門數量增加，蛋白細菌和擬桿菌數量降低，出現明顯的胰島素抵抗現象，矛盾結果出現的原因可能與動物飼養(yǎng)技術和環(huán)境不同有關，因為腸道菌群的組成可能主要受環(huán)境因素影響。在腸道菌群研究領域，利用基因敲除動物模型時，要特別注意研究技術和飼養(yǎng)環(huán)境。

腸道菌群紊亂活化TLR2信號與胰島素抵抗密切相關，因此，靶向腸道菌群或炎癥信號，通過平衡腸道菌群以及阻斷TLR2信號通路的傳導可能是治療肥胖和T2DM胰島素抵抗的有效途徑。環(huán)境因素如飲食是改變腸道微生物組成的主要因素，膳食補充富含ω-3多不飽和脂肪酸的亞麻籽油可改善大鼠T2DM嚴重程度，其機制是通過調節(jié)腸道微生物群和抑制炎癥，可見飲食干預腸道菌群有重要作用［50］。目前已經證實IL-1β參與T2DM胰島β細胞損傷，TNF-α是外周胰島素抵抗的關鍵介質，臨床上IL-1β拮抗劑實驗和抗TNF-α治療可改善血糖水平、減輕T2DM及并發(fā)癥癥狀，因此，靶向炎癥的策略在T2DM患者的治療中潛力很大［51］。腸道菌群紊亂狀態(tài)下，可給予益生菌以平衡腸道菌群［31］；通過糞便移植修飾現存的腸道菌群失調對改善個體應答和幫助調控炎癥可能是一條新的有效路徑［52］。

腸道菌群影響炎癥反應和糖代謝的機制復雜，腸道菌群的研究是新興的且具有挑戰(zhàn)性的，但其研究潛力巨大。腸道菌群除了通過TLR2信號發(fā)揮作用外，可能與其他模式識別受體和炎癥信號通路也存在交互作用。因此，尚需要進行進一步充分的基礎與臨床試驗研究腸道菌群-TLR2及其他模式識別受體信號通路-胰島素抵抗的相互關系與機制，以便更好地理解腸道菌群在炎癥反應和胰島素抵抗中的作用，從而為臨床對T2DM等代謝性疾病提供準確的預防和診療靶點。